2.4 Методы лабораторных испытаний и анализа проб

В соответствии с ГОСТ Р 8.589 – 2001 [29] методики выполнения измерений (МВИ) применяемые при контроле загрязнения окружающей среды, должны быть аттестованы или стандартизованы в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.563-96 [28], зарегистрированы в Федеральном реестре методик выполнения измерений, применяемых в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора.

МВИ, допущенные к применению при выполнении работ в области мониторинга загрязнения окружающей среды, дополнительно должны быть зарегистрированы в Федеральном перечне МВИ.

Для некоторых компонентов аттестовано несколько вариантов определения, предполагающих использование как различных методов измерения, так и различных вариантов средств измерения, работающих по одинаковым принципам.

Применимость каждого конкретного метода определяется поставленной задачей и экономическими соображениями.

Для оценки контролируемых показателей в природных средах используются следующие лабораторно-аналитические методы:

• газовая фаза:

• инструментальный метод с применением газоанализатора ГАНК-4 (сернистый ангидрид, оксид углерода, диоксид углерода, угарный газ, диоксид азота, оксид азота, сероводород, фенол, хлористый водород, аммиак, формальдегид, бензол, ксилол, толуол);

• жидкостная хроматография (бенз(а)пирен).

• твердая фаза:

• атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой (Pb, Zn, Cu, Co, Cr, Ni, Sr, Mo, Mn, V, Ba, Mo, W, Fe, Cd, Se, Al, Be, Li, Si, Sn, Ag, Bi, P, Ti, Nb, Ga, B);

• атомно-абсорбционный «холодного пара» (Hg);

• атомно-абсорбционный (пламя) (подвижные формы элементов Fe, Zn, Cu, Co, Ni, Pb, Cr, As, Cd);

• потенциометрический (рН водной вытяжки из почв);

• гамма-спектрометрия (Th²³², K⁴⁰, U²³⁸);

• гамма-радиометрия (МЭД);

• инструментальный метод с применением газоанализатора ГАНК-4(сажа, пыль);

• жидкая фаза:

• атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой (Pb, Zn, Cu, Co, Cr, Ba, Mn, Ni, Cd, Fe, Li, Si, Al, Sn, Ag, Bi, P);

• атомно-абсорбционный «холодного пара» (Hg);

• потенциометрический (pH);

• электрометрический (Eh);

• титриметрический (Ca²⁺, Mg²⁺, Fe_общ, общая жесткость);

• фотоколориметрический (нитриты, нитраты, сульфаты, фосфаты);

• органолептический (привкус, запах, прозрачность);

• визуальный (цветность, мутность);

• объемный (БПК5, ХПК);

• физический (температура).

Подробнее методы анализа и анализируемые компоненты, а также количество проб, необходимых для реализации задания, прописаны в таблицах 16 и 17.

2. Камеральные работы

Камеральные работы проводятся для общего сбора информации по всем видам опробования. Проводятся сравнительные характеристики полученных результатов с ранее проведёнными работами. По окончании полевых работ проводится анализ полученных данных, строятся различные карты, схемы и в конце составляется отчёт. Для удобства, камеральные работы проводятся в два этап:

1. текущую камеральную обработку;

2. окончательную камеральную обработку.

Текущие камеральные работы заключаются в обработке полученных данных в процессе проведения полевых работ. Обработка результатов производится по каждому виду опробования и наблюдениям. Производится заполнение журналов опробований и наблюдений, уточнение и приведение в порядок записей визуальных наблюдений, составление черновых вычислений и схем.

Для обработки полученной информации в результате отбора проб, используется математическое моделирование и ГИС-технологии. В результате обработки информации при помощи ЭВМ (программа «Статистика») и пакета программы Microsoft Excel строятся таблицы. С помощью программного комплекса ARC/INFO (ESRI) получают карты, схемы и проектом геоэкологического мониторинга предусматривается принятие решений для предотвращения техногенного воздействия и аварийных ситуаций, которые отрицательно влияют на окружающую среду.

По данным опробования природных сред для выборки по исследуемой территории подсчитываются основные параметры распределения химических элементов: среднее значение и стандартное отклонение, а также коэффициент вариации, который отражает меру неоднородности выборки.

Основным критерием геохимической оценки опасности загрязнения почвы, поверхностных вод и атмосферного воздуха вредными веществами является предельно-допустимая концентрация (ПДК) химических веществ. Кроме этого, приводится оценка степени загрязнения природных сред относительно фоновых значений.

Данные, полученные в результате лабораторных анализов, будут анализироваться в программах Microsoft Excel и Statistica, также будут строятся карты-схемы техногенного воздействия и степени загрязнения территории в программных обеспечениях Corel Draw и Surfer.

Атмосферный воздух

Методика обработки данных по результатам анализов проб атмосферного воздуха включает в себя различные виды анализов и сравнение показателей с гигиеническими нормативами (ГН 2.1.6.1338-03 [13], ГН 2.1.6.1339-03 [12]), данными томов ПДВ и рекоммендованными градациями:

- максимально разовая предельно допустимая концентрация ПДКм.р. (усредненная за 20-30 мин), с целью предупреждения рефлекторных реакций

у человека;

- среднесуточная предельно допустимая концентрация  ПДКс.с., с целью предупреждения общетоксического, мутагенного, канцерогенного и другого действия при неограниченно длительном дыхании.

Нормированные характеристики загрязнения атмосферы иногда называют индексом загрязнения атмосферы (ИЗА). В практической работе используют большое количество различных ИЗА. Некоторые из них основаны на косвенных показателях загрязнения атмосферы, например, на видимости атмосферы, на коэффициенте прозрачности (Тарасов и др., 2000).

• индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) рассчитывается по формуле:

ИЗА =∑[C_i/ПДК_i]×K_i,

где C_i - содержание вещества; K_i- коэффициент, учитывающий класс опасности.

Величины ИЗА:

• < 2.5 - чистая атмосфера

• 2.5- 7.5 - слабо загрязнённая

• 7.5- 12.5 - загрязнённая

• 12.5- 22.5 - сильно загрязнённая

• 22.5- 52.5 - высоко загрязнённая

• 52.5 - экстремально загрязнённая

Почвенный покров

Методика обработки результатов изучения почвенного покрова включает в себя сравнение полученных данных с ПДК (ГН 2.1.7.2041–06 [14]) и ОДК для почвы (ГН 2.1.7.2511-09 [15]), но если для каких-то элементов нет данных ПДК, тогда в расчет берут данные по фону. В этом случае рассчитывают согласно методическим рекомендациям, ИМГРЭ (1982 г.) [30]:

• коэффициент концентрации (К_К), который вычисляется по формуле:

К_к = С/Сф

где С – содержание элемента в исследуемом объекте, а С_ф – фоновое содержание элемента;

• коэффициент техногенной нагрузки:

K_i=C_i/ПДК_i

где C_i – содержание вещества в почве;

• общий показатель техногенной нагрузки:

K_o=∑ K_i ,

• модуль техногенного геохимического загрязнения:

Mг= K_oхS/S_o,

где S_o – общая площадь исследуемой территории, а S – площадь загрязненных земель;

• суммарный показатель загрязнения:

Zспз = ∑ Кк – (n – 1),

где n – число учитываемых аномальных элементов, где Кк > 1.

По величине суммарного показателя загрязнения почв предусматриваются следующие степени загрязнения и уровни заболеваемости:

• < 16 – низкая степень загрязнения, неопасный уровень заболеваемости;

• 16-32 – средняя степень загрязнения, умеренно опасный уровень заболеваемости;

• 32-128 – высокая степень загрязнения, опасный уровень заболеваемости;

• >128 – очень высокая степень загрязнения, чрезвычайно опасный уровень заболеваемости.

Снеговой покров

Методика обработки данных снегового опробования включает в себя расчет следующих показателей, согласно методическим рекомендациям ИМГРЭ (1982 г. [30]):

• коэффициент концентрации:

Кк=С/Сф

где С - содержание элемента в пробе, мг/кг; Сф – фоновое содержание элемента;

• пылевая нагрузка:

Pn=P₀/(S*t) [мг/м2*сут]

где P₀ – вес твердого снегового осадка, [мг]; S – площадь снегового шурфа, [м²]; t – количество суток от начала снегостава до дня отбора проб;

В соответствии и существующими методическим рекомендациями по величине пылевой нагрузки существует следующая градация:

• 250 - низкая степень загрязнения;

• 250 - 450 - средняя степень загрязнения;

• 450 - 850 -высокая степень загрязнения;

• < 850 - очень высокая степень загрязнения.

• суммарный показатель загрязнения:

Zспз =∑Кк – (n-1)

где Кк – коэффициент концентрации; n – количество элементов, принимаемых в расчете, где Кк > 1;

Существующая градация по величине суммарного показателя загрязнения:

• 64 – низкая степень загрязнения, неопасный уровень заболеваемости;

• 64-128 – средняя степень загрязнения, умеренно опасный уровень заболеваемости;

• 128-256 – высокая степень загрязнения, опасный уровень заболеваемости;

• Более 256 – очень высокая степень загрязнения, чрезвычайно опасный уровень заболеваемости.

• коэффициент относительного увеличения общей нагрузки элемента рассчитывается:

Кр=Робщ/Рф, при Робщ= С*Рn; Рф= Сф*Рпф,

где Сф – фоновое содержание исследуемого элемента, Рпф – фоновая пылевая нагрузка;

• суммарный показатель нагрузки рассчитывается:

Zр =∑Кр – (n-1)

где n-число учитываемых аномальных элементов, где Кр > 1.

Существует градация по Zр:

• 1000 - низкая степень загрязнения, неопасный уровень заболеваемости

• 1000-5000 - средняя степень загрязнения, умеренно опасный уровень заболеваемости

• 5000-10000 - высокая степень загрязнения, опасный уровень заболеваемости

• более 10000 - очень высокая степень загрязнения, чрезвычайно опасный уровень заболеваемости.

Природные воды

Обработка результатов гидрогеохимических исследований заключается в сравнении полученных данных с величинами ОДУ или ПДК (ПДК_в - хоз-питьевого и культурно-бытового; ПДК_в.р. - рыбохозяйственного назначения), если же для данных веществ такие величины еще не разработаны, то допустимо сравнение с фоновыми значениями. Выбор оценочных параметров производится в соответствии с ГН 2.1.5.689-98 [11]. Нормы качества воды для объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования устанавливаются по ГН 2.1.5.1315-03 [9], ГН 2.1.5.1316-03 [10], для рыбохозяйственного назначения – по Перечню ПДК и ОБУВ, утв. Роскомрыболовства от 28.06.1995 с дополнениями. Производится расчет таких показателей, как БПК и ХПК.

Определение степени загрязнения подземных вод производится в соответствии с ГН 2.1.5.1315-03 [11] и СП 2.1.5.1059-01 [34] «Гигиенические требования к охране подземных вод от загрязнения» (табл. 16).

Таблица 16

Гигиеническая классификация подземных вод по степени выраженности влияния техногенного фактора

Степень влияния на качество подземных вод техногенных факторов	Степень загрязнения подземных вод
Допустимое	Периодическое превышение фоновых показателей при их максимальных уровнях на протяжении года ниже гигиенических нормативов.
Слабо выраженное	Сохранение тенденции к возрастанию показателей техногенного загрязнения при ежемесячном отборе в течение года. При этом максимальные уровни загрязнения находятся ниже гигиенических нормативов.
Предельное	Стабильное превышение фоновых показателей при их максимальных уровнях на уровне <= ПДК.
Опасное	Стабильное превышение фоновых показателей при их максимальных уровнях на уровне более ПДК.

Донные отложения

Методика обработки данных по результатам анализа проб донных отложений включает в себя расчеты:

• Коэффициента концентрации:

К_к =C_i/C_f

где С_i – содержание химического элемента в поверхностном слое, С_f – фоновое содержание элемента.

• При низком загрязнении донных отложений С_с<1;

• При умеренном 1<К_к <3;

• При значительном 3< К_к <6;

• При высоком К_к >6.

• Коэффициента донной аккумуляции:

КДА = Сд.о./Св

где Сд. о. и Св - концентрация загрязняющих веществ соответственно в донных отложениях и воде [4].

Растительный покров

Методика обработки биогеохимических данных в соответствии с методическими рекомендациями ИМГРЭ [30]. Результаты сравниваются с данными по фону.

• Коэффициент концентрации:

Кк = С/С_ф

где С – содержание элемента в исследуемом объекте, Сф – фоновое содержание элемента.

• Коэффициент биологического поглощения:

Ах = Сх в золе / Сх в почве

где С – содержание элемента (мг/кг).

Данные, полученные в результате лабораторных анализов, будут анализироваться в программах Microsoft Excel и Statistica, также будут строиться карты-схемы техногенного воздействия и степени загрязнения территории в программных обеспечениях Corel Draw и Surfer [8].

На внутренний контроль отдается 3 % от общего количества проб, на внешний – 5 %. Внутренний контроль – пробы дублируются и анализируются тем же анализом, в той же лаборатории. Внешний контроль – пробы отправляются на анализ в другую лабораторию более высокого класса. В конце результаты сравниваются.

Анализ проводится в аккредитованных аналитических лабораториях. Внутренний контроль выполняется химической лабораторией «горнодобывающего предприятия «Рудник Веселый». Внешний контроль выполняется в аналитических лабораториях: Республиканская научно-исследовательская химико-экологическая лаборатория (г. Горно-Алтайск) – химический анализ общего состава природных и сточных вод; Аналитический центр Института геологии и минералогии СО РАН (г. Новосибирск) – атомно-абсорбционный анализ всех проб на тяжелые металлы [3, 7].

Таблица 16

Анализируемые компоненты, методы анализа и количество проб

Вид исследования	Компонент среды	Фаза	Анализируемый компонент	Метод анализа	Нормативный документ	Количество проб 1 год
1	2	3	4	5	6	7
Атмогеохимический	Атмосферный воздух	Газовая	Бенз(а)пирен	Жидкостная хроматография	ПНД Ф 13.1.55—2007	5
		Пылеаэрозоли	Hg	Атомно-абсорбционный «холодного пара»	ПНДФ 16.1:2.3.10-98
			Pb, Zn, Cu, Ni, Cr, Co, Sr, V, Mn, Bа	Атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой	РД 52.18 .191-89
		Газовая	CO, CO2, N2O, NO, H2S, HCl, NH4 сернистый ангидрид, формальдегид фенол, бензол, ксилол, толуол	Инструментальный Газоанализатор переносной ГАНК - 4
		Пылеаерозоли	Пыль Сажа
	Снеговой покров	Твердый осадок снега	Hg	Атомно-абсорбционный «холодного пара»	ПНДФ 16.1:2.3.10-98	19 Продолжение таблицы 16
			Pb, Zn, Cu, Ni, Cr, Co, Mn, Ba, Si, Al, Li, Sn, Ag, Bi, P	Атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой	РД 52.18 .191-89
		Жидкая (снеготалая вода)	Pb, Zn, Cu, Ni, Cr, Co, Mn, Ba, Si, Al, Li, Fe, Al, Sn, Ag, Bi, P	Атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой	РД 52.18 .191-89
			Hg	Атомно-абсорбционный «холодного пара»	ПНДФ 16.1:2.3.10-98
			pH	Потенциометрический	ГОСТ 26423-85
			Eh	Электрометрический	ГОСТ 26423-85
			Ca2+, Mg2+, Feобщее	Титриметрический	ПНДФ 14. 1:2. 108-97
			сульфаты, нитриты, нитраты, фосфаты	Фотометрия	ПНДФ 14.1.1-95
1	2	3	4	5	6	7
Литогеохимический	Почвенный покров	Твердая фаза Жидкая фаза	Pb, Zn Cu, Ni, Cr, Co, Sr, V, Mn, Bа, Al, Ti, B, Nb, Ga, Be, Sn	Атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой	РД 52.18 .191-89	19
			Hg	Атомно-абсорбционный «холодного пара»	ПНДФ 16.1:2.3.10-98
			pH водной вытяжки из почв	Потенциометрический	ГОСТ 26423-85
Геофизический			МЭД	Гамма-радиометрия
			U238 , Th232, K40	Гамма-спектрометрия
Гидрогеохимический	Поверхностные воды	Жидкая фаза	Cu, Zn, Pb, Cd	Атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой	РД 52.18 .191-89	7
			Hg	Атомно-абсорбционный «холодного пара»	ПНДФ 16.1:2.3.10-98
			pH	Потенциометрический	ГОСТ 26423-85
			Eh	Электрометрический	ГОСТ 26423-85
			Ca2+, Mg2+, Cl-	Титриметрический	ПНДФ 14. 1:2. 108-97
			сульфаты, нитриты, нитраты, фосфаты	Фотометрия	ПНДФ 14.1.1-95
			БПК5, ХПК	Объемный	ПНДФ 14.1:2:3:4.123 -97
			Температура, прозрачность, запах	Органолептический
			Мутность, цветность	Визуальный
Гидрогеологический	Подземные воды	Жидкая фаза	Hg	Атомно-абсорбционный «холодного пара»	ПНДФ 16.1:2.3.10-98	2
			pH	Потенциометрический	ГОСТ 26423-85
			Eh	Электрометрический	ГОСТ 26423-85
			Ca2+, Mg2+, Cl-	Титриметрический	ПНДФ 14. 1:2. 108-97
			сульфаты, нитриты, нитраты, фосфаты	Фотометрия	ПНДФ 14.1.1-95
			температура, прозрачность, запах	Органолептический
			Zn, Cu, Fe, Pb, As, Sb, W, Mo, Bi, Li, Be	Атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой	РД 52.18 .191-89 Продолжение таблицы 16
			4 3 2 1	5	6	7
			О бщая жесткость, гидрокарбонаты	Титриметрический	ПНДФ 14.1:2.98-97	7
Гидролитогеохимический	Донные отложения	Твердая фаза	pH	Потенциометрический	ГОСТ 26423-85
			Eh	Электрометрический	ГОСТ 26423-85
			Pb, Zn, Cu, Co, Cr, Mo, Sr, Ba, V, Al, Be, Li, Ag, Bi	Атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой	РД 52.18 .191-89
Биогеохимический	Растительный покров	Твердая фаза	Pb, Zn, Cu, Co, Ni, Mn, Ba, Al, Be, Fe, Ti, Nd, Ga, Sn, B	Атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой	РД 52.18 .191-89	19

Таблица 17

Методы анализа и количество проб

№	Метод анализа	Количество проб на 1 год	Внешний контроль 3%	Внутренний контроль 5%	Всего проб на 1 год	Всего проб на 5 лет
1	Атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой	78	2	4	84	420
2	Атомно-абсорбционный «холодного пара»	71	2	3	76	380
3	Жидкостная хроматография	5	-	-	5	25
4	Инструментальный	5	-	-	5	25
5	Потенциометрический	47	1	2	50	250
6	Электрометрический	47	1	2	50	250
7	Титриметрический	47	1	2	50	250
8	Фотометрия	28	1	1	30	150
9	Гамма-радиометрия	19	1	1	21	105
10	Гамма-спектрометрия	19	1	1	21	105
11	Объемный	7	-	-	7	35
12	Органолептический	9	-	-	9	45
13	Визуальный	7	-	-	7	35